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El final de la edad oscura del universo

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Publicado: 10 de septiembre, 2019 — 9:45 a.m. (hace 1 semana)

Astrónomos se acercan un poco más en su búsqueda de una señal de 12.000 millones de años gracias a los datos de una parte remota de Australia.



iStock

10/09/2019

Hace 13.000 millones de años, nuestro  universo estaba oscuro. No había estrellas ni galaxias; solo quedaba gas de hidrógeno después del Big Bang. Eventualmente, los átomos de hidrógeno comenzaron a agruparse para formar estrellas, las primeras en existir, iniciando una fase importante en la evolución del universo, conocida como la Época de Reionización. "Definir la evolución de la Época de Reionización es extremadamente importante para nuestra comprensión de la astrofísica y la cosmología", aclara Nichole Barry, sobre la señal que ha estado viajando por el universo durante 12.000 millones de años, acercándonos a comprender la vida. y muerte de las primeras estrellas. Sin embargo, hasta ahora nadie ha podido observarla. Afortunadamente, los resultados del estudio que recogen Arxiv y Astrophysical Journal , nos acercan un poco más a ese objetivo.

En la imagen de la Época de reionización facilitada por los expertos y que podemos ver a continuación, el hidrógeno neutro, en rojo, es ionizado gradualmente por las primeras estrellas, que se muestran en color blanco. La imagen fue realizada por el programa de Observación de galaxias y reionización de las edades oscuras de la Universidad de Melbourne a partir del programa de simulaciones numéricas (DRAGONS).

Desde ese tiempo, hace 12.000 millones de años, toda la energía irradiada por esas estrellas llenó el universo con una especie de niebla, un mar de fotones conocido como la luz de fondo extragaláctica. Los astrofísicos creen que nuestro universo, que tiene unos 13.700 millones de años , comenzó a formar las primeras estrellas cuando tenía unos pocos cientos de millones de años. Desde entonces, el universo se ha convertido en una fábrica de creación de estrellas.



Paul Geil and Simon Mutch

Luz del universo observable

Los astrónomos estiman que el universo observable, una burbuja de 14.000 millones de años luz de radio, que representa lo lejos que hemos podido ver desde su comienzo, contiene al menos dos billones de  galaxias y un billón de billones de estrellas, pero la mayoría están demasiado lejos y son demasiado débiles para ser vistas con cualquier telescopio actual.

La Época de Reionización es el período de 1.000 millones de años después de que el gas de hidrógeno colapsó en las primeras estrellas, quizás 100 millones de años después del Big Bang, a través del encendido de estrellas y galaxias en todo el universo. Estos primeros objetos brillantes inundaron el universo con luz ultravioleta que dividió o ionizó todos los átomos de hidrógeno entre galaxias en protones y electrones para crear el universo que vemos hoy.

Una señal nunca antes vista

En el presente estudio, un equipo dirigido por Nichole Barry expone una mejora de 10 veces en los datos recopilados por el Murchison Widefield Array (MWA), una colección de 4.096 antenas dipolo instaladas en el interior remoto de Australia Occidental.

El MWA, que comenzó a funcionar en 2013, fue construido específicamente para detectar la  radiación electromagnética emitida por hidrógeno neutro, un gas que comprendía la mayor parte del universo infantil en el período en que la sopa primordial de protones y neutrones desconectados generados por el Big Bang comenzó a enfriarse.El hidrógeno neutro que dominaba el espacio y el tiempo antes y en el período inicial de la Época de Reionización irradiaba a una longitud de onda de aproximadamente 21 centímetros. Estirada ahora por encima de los dos metros debido a la expansión del universo, la señal persiste, y detectarla sigue siendo la mejor forma teórica de explorar las condiciones en los primeros días del cosmos.

Señal oculta

Sin embargo, hacerlo es increíblemente difícil. "La señal que estamos buscando tiene más de 12.000 millones de años", explica Cathryn Trott, del Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía en la Universidad de Curtin en Australia Occidental. “Es excepcionalmente débil y hay muchas otras galaxias entre él y nosotros. Se interponen en el camino y hacen que sea muy difícil extraer la información que buscamos”.

Utilizando 21 horas de datos sin procesar, los científicos exploraron nuevas técnicas para refinar el análisis y excluir fuentes consistentes de contaminación de la señal, incluida la interferencia ultra débil generada por las transmisiones de radio en la Tierra.

El resultado fue un nivel de precisión que redujo significativamente el rango en el que la Época de Reionización pudo haber comenzado, introduciendo restricciones en casi un orden de magnitud. "Realmente no podemos decir que este documento nos acerca más a fechar con precisión el inicio o el final de la Época de Reionización, pero descarta algunos de los modelos más extremos", aclaran los autores. “Que sucedió muy rápidamente ahora se descarta. Que las condiciones eran muy frías, también”.

Los resultados representan no solo un paso adelante en la búsqueda global para explorar el universo temprano, sino que también establecen un marco idóneo para futuras investigaciones.

"Tenemos alrededor de 3000 horas de datos de MWA", explican, "y para nuestros propósitos, algunos de ellos son más útiles que otros. Este enfoque nos permitirá identificar qué partes son más prometedoras y analizarlas mejor que nunca antes ”.

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Referencia: N. Barry, M. Wilensky, C. M. Trott, B. Pindor, A. P. Beardsley, B. J. Hazelton, I. S. Sullivan, M. F. Morales, J. C. Pober, J. Line, B. Greig, R. Byrne, A. Lanman, W. Li, C. H. Jordan, R. C. Joseph, B. McKinley, M. Rahimi, S. Yoshiura, J. D. Bowman, B. M. Gaensler, J. N. Hewitt, D. C. Jacobs, D. A. Mitchell, N. Udaya Shankar, S. K. Sethi, R. Subrahmanyan, S. J. Tingay, R. L. Webster, J. S. B. Wyithe. Improving the EoR Power Spectrum Results from MWA Season 1 Observations. Astrophysical Journal, 2019 https://arxiv.org/abs/1909.00561

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